Каталізатор окиснення вуглеводнів та co на основі гальванічних сплавів вольфраму з кобальтом або нікелем

Каталізатор окиснення вуглеводнів та СО на основі гальванічних сплавів вольфраму з кобальтом або нікелем, що містить неблагородні метали, який відрізняється тим, що каталітичне покриття отримують одноетапно водним електролізом, а співвідношення компонентів кобальту або нікелю та вольфраму становить 65...80/20...35 (мас. %). (19) (21) u200810206 (22) 08.08.2008 (24) 12.01.2009 (46) 12.01.2009, Бюл.№ 1, 2009 р. (72) БАЙРАЧНА ТЕТЯНА МИКОЛАЇВН А, UA, ВЕДЬ МАРИНА ВІТАЛІЇВН А, U A, САХНЕНКО МИКОЛА ДМИТРОВИЧ, UA (73) НАЦІОН АЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ "ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ", U A 3 38475 заліза окиснюючим розчином та прожарювання. При цьому як окиснюючий розчин використовують сіль NH4Cl, яка при нагріванні до 400°С повністю дисоціює та випаровується з поверхні. Для нанесення на підкладку золота готують гідрозоль Аu з середнім розміром частинок 5,0...5,2нм концентрацією 0,1...1,0г металу на 21л води, який обробляють попередньо ультразвуком потужністю 2…10Вт/см 2 протягом 10...15хв. На окиснену поверхню основи наносять гідрозоль, після чого носій підлягає сушці та прожарюванню при 400°С на повітрі. Очевидно, що, незважаючи на таку незаперечну перевагу цього каталізатору як металічна основа, до його недоліків можна віднести як наявність дорогоцінних металів у його складі, так і надто велику кількість технологічних операцій та задіяної апаратури при його виготовленні. В основу корисної моделі, що пропонується, поставлено задачу розробки високоефективного активного матеріалу для каталітичних нейтралізаторів, що забезпечує високий ступінь очищення газових викидів, насамперед, від монооксиду вуглецю, а також відрізняється простотою виготовлення, підвищеним ресурсом при експлуатації та одночасно не містить платинидів. Поставлену задачу вирішують тим, що каталітичне покриття отримують одноетапно водним електролізом, а співвідношення компонентів кобальту або нікелю до вольфраму становить 65...80/20...35(мас. %). Приклад. Пропонований каталізатор Co-W або Ni-W, що містить 30мас. % вольфраму, одержують електролізом в імпульсному режимі для забезпечення рівномірності розподілу покриття по поверхні, заданої морфології, високого рівня адгезії до матеріалу носія та досягнення дрібнокристалічності осаду. Параметри електролізу: шпаруватість 11, частота слідування імпульсів струму 45, амплітуда густини катодного струму 15А/дм 2. Осадження ведуть при температурі 60°С з електроліту складу, моль/дм 3: кобальту сульфату 0,1; натрію вольфрамату 0,25; кислоти лимонної 0,3; кислоти 4 боратної 0,4. Вміст компонентів у сплаві регулюють варіюванням рН середовища. Для досягнення частки вольфраму в осаді близько 30мас. % встановлюють значення кислотності розчину 6,0±0,1 додаванням гідроксиду натрію. Як основу для нанесення сплавів використовують фольгу з жаростійкої сталі Х10Н18Т. Час електролізу обирають виходячи з рекомендованої товщини покриття 2...3мкм. Попередню оцінку рівня каталітичної активності сплаву в залежності від його складу здійснюють за струмом обміну реакції електрохімічного виділення водню: що більший стр ум обміну, то ви ща каталітична активність [1]. Доведено, що максимальна каталітична активність притаманна сплавам Co-W та Ni-W, що містять у своєму складі 20...35мас. % вольфраму. Тестування каталітичних властивостей синтезованих матеріалів здійснюють у реакції безполум'яного окиснення бензолу у проточному реакторі, на вхід якого подається суміш повітря та бензолу у співвідношенні 1/6 або 1/12, що відповідає питомим швидкостям обміну 20000 та 40000год-1 відповідно. Робочий об'єм реактору заповнюють каталітичним матеріалом у вигляді нещільно скручених смужок розміром 10´5мм. Сумарний об'єм такого каталізатору складав 10...20см 3. До експерименту покриття не піддавали додатковій обробці. Температуру реактору збільшують зі швидкістю 1°С/с в межах від кімнатної (20...23°С) до 650...700°С. Газову суміш на виході з реактору аналізують за допомогою хроматографу ОКСИ 5М5. Відносна похибка визначення об'ємної долі СО та СО2 склала 2,1%, NOX - 1,5%. Результати порівняння каталітичної активності гальванічних сплавів Со-W та Ni-W різного хімічного складу (Таблиця) свідчать, що так звана температура запалювання Тз, що відповідає початку ефективної роботи каталізатору, не перевищує 220°С, причому найнижчі температури Тз спостерігаються на покриттях Ni-W та Co-W оптимального за каталітичною активністю складу. Таблиця Сплав (у дужках вміст другого компоненту у мас. %) Co-W (10) Co-W (30) Co-W (50) Ni-W (30) Тз, °С 210 160 220 150 Кількісно активність матеріалів оцінюють за ступенем перетворення CO в СО2, розрахованим за співвідношенням: j(CO2 ) - j(CO) X(CO ) = j(CO2 ) де φ(СО2) и φ(СО) - об'ємні частки відповідних оксидів у газах на ви ході з реактору. Очевидно, значення ступеню перетворення Х(СО) для гальванічних покриттів склав 95...100% за температур 300...400°С при значеннях питомої швидкості по Питома швидкість потоку, год-1 20000 Х (СО), % 97 98 97 97 40000 Х (СО), % 98 100 96 95 току до 40000год-1, що доводить перспективність цих сплавів як активної основи каталітичних нейтралізаторів. Тестові випробування зразків суцільнометалевих каталізаторів з гальванічними покриттями сплавами Co-W та Ni-W оптимального за каталітичною активністю складу довели, що ступінь очищення викидів двигунів внутрішнього згоряння від вуглеводнів та оксиду карбону (II) досягає 90...96%. 5 Комп’ютерна в ерстка М. Ломалова 38475 6 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601